[發(fā)明專利]一種適用于新能源并網(wǎng)逆變器的高階鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法

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• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114825440A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔昊;雷家興;馮雙;楊浩
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/01;H02J3/24;H02M1/08;H02M1/12
• 代理公司: 北京同輝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 陳天林

本發(fā)明公開一種適用于新能源并網(wǎng)逆變器的高階鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法，首先分析新能源并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行場景，確定電網(wǎng)復(fù)阻抗的變化范圍；然后計(jì)算新能源并網(wǎng)逆變器阻抗的允許變化范圍，使得新能源并網(wǎng)系統(tǒng)在所有運(yùn)行場景下均保持穩(wěn)定；在此基礎(chǔ)上，通過智能優(yōu)化算法獲取新能源并網(wǎng)逆變器的阻抗傳遞函數(shù)；再根據(jù)并網(wǎng)逆變器的阻抗解析模型，求取期望的鎖相環(huán)傳遞函數(shù)；最后，根據(jù)期望的傳遞函數(shù)，設(shè)計(jì)出鎖相環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。本發(fā)明通過從新能源并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度出發(fā)反向確定鎖相環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，保證了新能源并網(wǎng)系統(tǒng)在寬工況范圍內(nèi)運(yùn)行的穩(wěn)定性；頻率檢測和相位檢測時也能獲得更好的動態(tài)響應(yīng)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種適用于新能源并網(wǎng)逆變器的高階鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

近年來，光伏、風(fēng)電等新型可再生能源發(fā)電技術(shù)因其具有清潔環(huán)保、永不枯竭等優(yōu)勢得到了迅速發(fā)展。作為新能源發(fā)電與電網(wǎng)的接口裝置，三相并網(wǎng)逆變器在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的作用日益凸顯，其控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分是電網(wǎng)同步技術(shù)，通常利用鎖相環(huán)獲取電網(wǎng)電壓的相位角來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)的同步運(yùn)行，而現(xiàn)有研究表明，鎖相環(huán)性能的好壞會直接影響弱電網(wǎng)條件下并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的鎖相環(huán)具有重要意義。

目前標(biāo)準(zhǔn)的鎖相環(huán)是在同步參考坐標(biāo)系中實(shí)現(xiàn)的，但是它容易受到輸入電壓不平衡和失真的影響，因此一般采用雙二階廣義積分器鎖相環(huán)(DSOGI-PLL)，通過在環(huán)路中加入低通濾波器來有效消除諧波干擾，同時還能具備頻率自適應(yīng)能力。然而，現(xiàn)有的DSOGI-PLL設(shè)計(jì)存在如下問題：

1、當(dāng)鎖相環(huán)控制器采用典型PI控制時，DSOGI-PLL在頻率檢測和相位檢測時會存在較大的超調(diào)或振蕩，動態(tài)性能差；

2、現(xiàn)有的DSOGI-PLL設(shè)計(jì)方法難以實(shí)現(xiàn)高階傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)，因此濾波效果不好，對輸入高頻諧波的抗干擾性較差；

3、目前的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只考慮了自身性能，未考慮對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

針對上述提出的問題，現(xiàn)提出一種適用于新能源并網(wǎng)逆變器的高階鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于新能源并網(wǎng)逆變器的高階鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法，從新能源并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度出發(fā)，反向確定鎖相環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，不僅能夠獲得更好的動態(tài)響應(yīng)性能和更高的濾波能力，還能在寬工況范圍內(nèi)保證新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種適用于新能源并網(wǎng)逆變器的高階鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

S1、分析新能源并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行場景，確定電網(wǎng)復(fù)阻抗的變化范圍；

S2、根據(jù)S1中得到的電網(wǎng)復(fù)阻抗變化范圍，計(jì)算新能源并網(wǎng)逆變器阻抗的允許變化范圍，使得新能源并網(wǎng)系統(tǒng)在所有運(yùn)行場景下均保持穩(wěn)定；

S3、根據(jù)S2中新能源并網(wǎng)逆變器阻抗的允許變化范圍，設(shè)計(jì)新能源并網(wǎng)逆變器的阻抗傳遞函數(shù)；

S4、利用S3中設(shè)計(jì)的新能源并網(wǎng)逆變器阻抗傳遞函數(shù)，求取期望的鎖相環(huán)傳遞函數(shù)；

S5、根據(jù)S4中求得的期望鎖相環(huán)傳遞函數(shù)，設(shè)計(jì)出鎖相環(huán)控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)。

進(jìn)一步的，S1中新能源并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行場景包括電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)改變或電網(wǎng)運(yùn)行方式變化情況；

S1中的電網(wǎng)復(fù)阻抗通過解析推導(dǎo)或阻抗測量等方法獲取；

S1中電網(wǎng)復(fù)阻抗變化范圍的確定方法為：在新能源并網(wǎng)逆變器的不同運(yùn)行場景下，分別獲取特定頻段的電網(wǎng)復(fù)阻抗，并畫出對應(yīng)的阻抗幅相變化曲線，各運(yùn)行場景下的阻抗幅相曲線集合的邊界即為電網(wǎng)復(fù)阻抗的變化范圍。